球形件液压胀形成形方案探究

目的解决球形件传统成形工艺冗余、困难的问题。方法提出了3种液压胀形成形方案,并利用有限元软件Dynaform,对每种方案进行了数值模拟。结果通过模拟分析,确定了各方案最佳模拟结果,获得了各方案壁厚分布情况,明确了成形缺陷形式以及产生的原因。最小壁厚位于球心横截面处,是危险区;当合模补料130 mm时,模拟结果显示最大壁厚减薄率最小,为16.5%。结论利用液压胀形可以成功成形球形件;补料方式对成形结果有很大的影响,合模补料成形质量最优,端头补料次之,无补料最差。     

5A06 铝合金板材超塑气胀成形数值模拟

目的改善5A06铝合金板材超塑性气胀成形件壁厚分布。方法采用MARC有限元分析方法,对商业供货态5A06-O铝合金板材(原始厚度为2 mm)的超塑性成形进行数值模拟分析。结果优化后的反吹预减薄变形,使杯形件最终壁厚分布大大改善,最薄处壁厚从单纯正吹胀形时的0.65 mm提高到了0.94 mm,壁厚均匀性指数达到0.079。结论合理的反胀形模具可以增加最小壁厚,达到提高壁厚均匀性的目的。     

采用PVC介质的三通管挤胀成形数值模拟

以非线性显式有限元分析软件ABAQUAS为数值模拟平台。建立以PVC为压力介质的三通管胀形的有限元模型,通过对采用介质胀形和内高压胀形的结果对比,表明采用介质胀形可使管件壁厚减薄更缓慢,壁厚分布更均匀,最终得到更大的支管长度。     

超声振动辅助T2紫铜薄板软模微胀形工艺研究

目的 解决薄板微胀形工艺中尺度效应导致的零件尺寸精度及形状精度不稳定以及板料减薄带来的成形极限下降等问题。方法 对T2紫铜薄板进行多球冠微结构胀形工艺研究,对比刚模微胀形和超声振动辅助软模微胀形工艺条件下球冠微结构的成形质量,分析壁厚减薄率的变化规律,研究超声振动保压时间对球冠形貌及胀形高度的影响,对比分析紫铜薄板厚度对球冠胀形质量的影响规律。结果 超声振动辅助软模微胀形工艺能够提高球冠微结构胀形极限,促进材料均匀变形,改善壁厚分布,相比于刚模微胀形,在超声作用下壁厚减薄率降低了约7%。超声振动保压时间越长,球冠贴模性越好,当保压时间为80 s时,球冠相对高度提升了0.1 mm。板料厚度越薄,成形极限越低,当板料厚度为100 μm时,球冠成形质量及成形精度最高,在超声振动辅助软模微胀形工艺条件下,球冠成形极限进一步提高。结论 超声振动与软模相结合的复合成形方法能够降低T2紫铜薄板微胀形尺度效应的不利影响,抑制壁厚过度减薄,显著提升胀形精度和成形极限。     

空心双拐曲轴加载路径优化与成形规律

目的研究加载路径对空心双拐曲轴成形效果的影响。方法基于有限元分析软件,对304不锈钢双拐曲轴内高压胀形工艺进行有限元仿真,分析了加载路径对双拐曲轴胀形高度与壁厚的影响,并对开裂、起皱等缺陷产生的原因进行分析,最后,根据数值模拟结果,对双拐曲轴进行实际成形试验,并将数值模拟结果与试验结果进行对比。结果成形压力小于20 MPa时,管坯产生起皱;成形压力大于60 MPa时,管坯产生开裂。通过试验获得了壁厚分布均匀的双拐曲轴零件,并且数值模拟结果和试验结果基本一致。结论轴向进给大、内压不足容易导致过渡圆角处起皱;轴向进给小、内压过大容易导致拐部顶端开裂。只有设置合理的加载路径才能成形出壁厚均匀性好,胀形高度达到要求的双拐曲轴。     

小曲率铝合金框形件弯胀成形数值模拟研究

目的 针对一种小曲率铝合金框形件成形后回弹大和起皱问题,对其进行弯胀复合成形工艺的数值模拟研究。方法 基于DYNAFORM软件对成形过程进行仿真,并通过对比分析零件的最大减薄率及圆角处的贴膜度,得出该零件最大液室压力的最优值为20 MPa,并基于该参数进行壁厚分布及回弹的模拟分析,最后,通过现场试验对该成形方案进行验证。结果 通过采用弯胀复合成形工艺方法,该零件的最大回弹量控制在2 mm以内,零件整体成形质量较好,无破裂、起皱现象。结论 该种成形方法较刚性模压弯及主动式充液胀形更具优势,能够有效解决小曲率框形件回弹大及起皱问题。     

结构尺寸对316L矩形波纹管液压胀形的影响

目的 掌握结构尺寸对矩形波纹管液压胀形的影响规律。方法 利用有限元平台Abaqus/Explicit建立316L矩形波纹管的三维有限元模型,对其液压胀形过程进行数值模拟分析,并利用实验验证有限元模型的正确性,基于单因素法研究长宽比、过渡圆角半径及波距对矩形波纹管成形质量的影响。结果 综合考虑成形波高、壁厚减薄率及周向轮廓3个指标,获得了长宽比、过渡圆角半径和波距对波纹管成形的影响规律,并给出了各参数对不同指标影响的显著性。结论 随着长宽比的增大,长边壁厚减薄率明显减小,圆角与短边的壁厚变化不大,并且不同长宽比波纹管的成形轮廓均在圆角段上低于设计值,在直线段上高于设计值;增大过渡圆角半径更有利于圆角段的贴合,且有利于降低周向壁厚减薄率;波距对波纹管的壁厚减薄率影响显著,波距较小时,波峰上有明显的增厚现象,随着波距的增大,波峰上的增厚现象逐渐消失并开始减薄,波纹管周向波高增大,直边波高容易超出公差范围,可以通过降低成形内压或减小模片间距将波高修正到公差范围内,获得合格的波纹管产品。     

带壁厚偏差管坯液压胀形加载路径的研究

建立了带壁厚偏差管坯液压胀形的力学模型,揭示了不同轴向应力状态下壁厚偏差对管坯成形的影响规律,给出了带壁厚偏差管坯液压胀形加载路径设计的标准。针对某重型卡车桥壳预成形管坯的液压胀形工艺,进行了3种不同壁厚偏差管坯在不同典型加载路径下的有限元模拟,结果表明:内压升高至最大保持恒定,管坯薄壁侧均在合模前发生开裂且薄壁侧与厚壁侧变形差异较大;内压先升高后降低,管坯厚壁侧均失稳形成褶皱且薄壁侧与厚壁侧变形差异较小;内压先升高后降低再升高时,管坯均成形且符合工艺要求,确定了适用于带壁厚偏差管坯液压胀形的加载路径。在专用液压机上进行了液压胀形试验,试验结果与数值模拟所得规律一致。     

厚壁管低熔点塑性介质挤胀成形实验研究

采用低熔点塑性材料作为传力介质挤胀成形厚壁空心构件，研究了空心构件低熔点塑性介质挤胀成形机理和主要影响因素，分析了低熔点塑性介质挤胀管坯的成形过程和壁厚分布规律．研究结果表明：低熔点塑性介质挤胀成形时管坯和塑性介质两种材料同时发生塑性变形，管坯的变形流动是塑性介质的内压和冲头轴向挤压共同作用的结果；轴向压力和径向内压力的匹配关系是低熔点塑性介质挤胀成形工艺的关键；管坯胀形区的壁厚有较大的减薄，但与自然胀形相比壁厚减薄的程度较小。     

板料粘性介质胀形、聚氨酯以及钢凸模胀形的实验研究

采用胀形实验,对比研究了3种不同粘性介质胀形、粘性介质与聚氨酯及钢凸模胀形,以及在不同反向压力下粘性介质胀形对板料成形性能的影响.结果表明,采用粘性介质作为成形过程软凸模比聚氨酯和钢凸模具有较低的厚度减薄量和更均匀的壁厚分布,因此更能提高板料的成形性.     

预拉深对气胀钛合金筒形件壁厚均匀性的影响

以钛合金筒形件为研究对象,针对传统气胀成形存在减薄率过大问题,开展了预拉深-气胀复合成形方法研究。采用数值模拟分析了传统气胀成形中筒底减薄率过大的原因,实验研究了不同加载路径对TA15筒形件减薄率的影响。结果表明:气胀成形的加载速度对减薄率有一定的影响,慢速气胀和快速气胀成形件最大减薄率分别为63.2%、54.2%,仅提高加载速度并不能满足壁厚均匀性要求;在有一定预拉深的情况下,通过热拉深-气胀复合成形,最大减薄率可减小到36.7%。热拉深-气胀复合成形工艺可有效改善成形件的壁厚分布均匀性.     

铝合金马鞍形件充液成形工艺模拟分析

目的研究板材充液成形柔性制造高精度、高质量马鞍形件的工艺方法。方法利用有限元动力学显示分析方法,对充液拉深和液压胀形两种成形工艺方案进行分析,并对比分析减薄率和成形极限图判断工艺方案的合理性。结果针对铝合金马鞍形件,通过对比分析2种方案,充液拉深工艺中的最大减薄率达到14.3%,液压胀形最大减薄率为7.2%,位置均在型面补充件的顶部,2种方案的成形极限都在安全区域内,未见破裂现象。结论通过工艺模拟分析,得到对铝合金马鞍形件,采用一模两件液压拉深成形工艺较合理,成本较低,加工周期短,加工效率高,成形精度高。     

高精度17-4PH不锈钢隔碗拉深液压胀形复合成形工艺参数优化

目的 针对17-4PH不锈钢冷成形回弹大、贴模性差等问题,研究17-4PH不锈钢隔碗零件的拉深成形和液压胀形规律,确定隔碗零件拉深液压胀形复合成形的最佳工艺及参数.方法 利用有限元方法确定并优化了拉深预成形和液压胀形中的工艺参数.基于优化后的结果设计并制造了相关的模具,最终通过试验验证了有限元方法的有效性.结果 结合数值模拟和试验的方法,提出了零件先拉深预成形、后液压胀形的多步成形方案,逐步优化了成形工艺参数,最终成形出了满足尺寸和精度要求的高精度隔碗零件.结论 通过数值模拟获得了最佳的坯料直径及多步成形中的关键工艺参数,基于数值模拟优化为主和试验验证为辅的设计制造理念,解决了17-4PH不锈钢冷成形回弹大和贴模性差的问题.     

硬铝合金半球形零件的渐进成形工艺研究

目的 研究冲压胀形工艺与渐进成形工艺成形半球形零件的区别。方法 使用两种热处理状态的硬铝合金,AA2024-O和AA2024-T4,分别用冲压胀形工艺和渐进成形工艺成形半球形零件。结果 相比较渐进成形零件而言,使用冲压胀形工艺得出的半球形零件的壁厚相对均匀,变形程度可以达到更大;在相同的试验条件下,AA2024-O的成形性能远高于AA2024-T4的成形性能;在本实验所研究的参数范围内,下压量越小,成形高度越大,对AA2024-O进给速率越快,成形高度越大;而对AA2024-T4进给速率越慢,成形高度越大;对于胀形零件,材料在胀形过程中处于双向拉伸应变状态,而渐进成形零件在成形过程中处于平面应变状态;胀形零件的最大应变和最大减薄处是半球的中心,而渐进成形零件的最大应变和最大减薄处是半球的边缘。结论 胀形零件的危险截面在半球的中心,渐进成形零件的危险截面在半球的边缘。     

保持圈冲压成形工艺设计

对保持圈的冲压成形工艺进行了分析、设计,同时对保持圈的局部胀形过程进行了数值模拟。利用Dynaform软件针对凸台的局部胀形厚度变化及起皱倾向进行了模拟,分析表明了局部胀形工艺在保持圈成形中的可行性,提高了材料的利用率,为工程应用提供了依据。     

Prediction of non-uniform thinning in superplastically formed spherical domes

Abstract

Superplastic forming is an attractive manufacturing process, which allows the production of complex sheet metal components. The gas pressure bulging of metal sheets has become an important forming method. As the bulging process progresses, significant thinning in the sheet material becomes obvious. A prior knowledge about non-uniform thinning in the product after forming helps the designer in the selection of initial blank thickness. This paper suggests a simple procedure to obtain the variation in thickness of a gas pressure formed spherical dome at any instant of time during the bulging process. This simple procedure is validated by comparing predicted and measured thicknesses of a formed titanium hemispherical dome.     

基于克里金模型和NSGA-Ⅱ的汽车内板成形参数优化

目的 针对某汽车后背门内板冲压成形过程中易产生破裂和回弹等问题,提出了一种基于克里金模型和多目标遗传算法的优化策略。方法 研究摩擦因数、压边力和拉延筋阻力系数对产品最大减薄率和最大回弹量的影响,并确定了参数的拉丁超立方抽样区间。在抽样区间内抽取25组样本,利用数值模拟获取样本的最大减薄率和最大回弹量,并用克里金模型构建样本的响应模型。采用多目标遗传算法对响应模型进行优化,得到了帕累托前沿最优解集;从最优解集中选取了一组合适的工艺参数作为最优解,并进行了数值模拟和生产试制。结果 拉延筋阻力系数、压边力和摩擦因数对最大回弹量和最大减薄率的影响都具有较大的非线性,最大减薄率和最大回弹量存在一定的矛盾关系。综合考虑回弹量和减薄率得到的最优参数如下:摩擦因数为0.12、压边力为1 700 kN、拉延筋阻力系数为0.26。数值仿真结果表明,使用优化后的工艺参数能够避免板料开裂并且显著降低回弹量。生产试制结果表明,使用优化后的工艺参数能够得到表面质量良好、无破裂及起皱缺陷的零件。结论 应用该优化策略能够控制成形质量、减少试模次数、降低生产成本。     

AA5052铝合金管件电液成形数值模拟与试验验证

目的 建立AA5052铝合金管件电液成形数值模型,分析其成形过程.方法 应用Johnson-Cook本构方程,基于LS-DYNA平台对成形过程进行数值模拟分析,然后开展工艺试验,验证数值模拟模型的可靠性.结果 在管件电液自由胀形过程中,冲击波波阵面波头压力最高,管壁所受冲击波传递压力的分布关于金属丝几何中心始终是对称的.管坯变形的数值模拟结果与工艺试验结果一致.同时试验和模拟结果对比中,径向位移的相对误差最大为5.52％,管坯轴向收缩率相对误差为2.53％,壁厚的相对误差最大为3.36％.结论 所建立的数值模拟模型是可靠的,可以用来分析AA5052铝合金管件电液成形过程.     

大拉深比薄壁筒形件充液成形过程数值模拟

目的利用充液成形工艺成形普通拉深工艺难成形的大拉深比筒形件。方法通过理论公式计算了冷冲压工艺成形该制件的道次,利用有限元软件Dynaform对充液成形过程进行了3个步骤模拟,并研究了第1步拉深时初始反胀高度对成形制件减薄率的影响规律。结果利用理论公式计算,传统冲压方法成形拉深比为3.2的筒形件至少需要5个道次,而采用被动式充液成形方法只需要3个道次。每个道次的最大减薄率都在8%以内,最后得到拉深制件的最大减薄率为8.53%,在安全范围以内;第1步充液拉深时,反胀高度分别为1.75,2.75,3.75,4.75,5.75 mm时,得到制件的最大减薄率分别为5.28%,5.08%,4.8%,5.03%,5.03%。结论充液成形工艺较传统冲压工艺可以大大提高板料的成形极限,减少成形道次,成形制件质量好;合适的初始反胀高度,可以减小成形制件壁厚的最大减薄率。